Üçün son örtük prosesi PCB son illərdə istehsal əhəmiyyətli dəyişikliklərə məruz qalmışdır. These changes are the result of the constant need to overcome the limitations of HASL(Hot air cohesion) and the growing number of HASL alternatives.

Son örtük, dövrə mis folqa səthini qorumaq üçün istifadə olunur. Mis (Cu) qaynaq komponentləri üçün yaxşı bir səthdir, lakin asanlıqla oksidləşir; Mis oksidi, lehimin nəmlənməsinə mane olur. Qızıl (Au) indi mis örtmək üçün istifadə olunsa da, qızıl oksidləşmir; Qızıl və mis bir -birinə tez yayılacaq və nüfuz edəcək. İstənilən məruz qalmış mis tez qaynaqlanmayan mis oksidi əmələ gətirəcəkdir. Bir yanaşma, qızıl və misin köçürülməsini maneə törədən və komponentlərin yığılması üçün dayanıqlı, keçirici bir səth təmin edən bir nikel (Ni) “maneə qatı” istifadə etməkdir.

Elektrolitik olmayan nikel örtük üçün PCB tələbləri

Elektrolitik olmayan nikel örtük bir neçə funksiyanı yerinə yetirməlidir:

Qızıl yatağının səthi

Dövrün son məqsədi, PCB və komponentlər arasında yüksək fiziki gücü və yaxşı elektrik xüsusiyyətləri olan bir əlaqə yaratmaqdır. PCB səthində hər hansı bir oksid və ya çirklənmə varsa, bu qaynaqlı birləşmə günümüzün zəif axını ilə meydana gəlməz.

Qızıl təbii olaraq nikelin üstündə yatır və uzun saxlama zamanı oksidləşmir. Lakin qızıl oksidlənmiş nikel üzərində yerləşmir, buna görə də nikel vannası ilə qızılın əriməsi arasında nikel təmiz qalmalıdır. Thus, the first requirement of nickel is to remain oxygen-free long enough to allow gold to precipitate. Components developed chemical leaching baths to allow 6~10% phosphorus content in nickel precipitation. Elektrolitik olmayan nikel örtükdə olan bu fosfor tərkibi hamam nəzarətinin, oksidin və elektrik və fiziki xüsusiyyətlərin diqqətli bir tarazlığı olaraq qəbul edilir.

sərtlik

Elektrolitik olmayan nikel örtüklü səthlər, avtomobil ötürücü yataqları kimi fiziki güc tələb edən bir çox tətbiqdə istifadə olunur. PCB tələbləri bu tətbiqlərə nisbətən daha az sərtdir, lakin müəyyən bir sərtlik tel bağlama, toxunma paneli kontaktları, kənar bağlayıcı bağlayıcılar və emal davamlılığı üçün vacibdir.

Qurğuşun bağlanması üçün nikel sərtliyi tələb olunur. Qurğunun substratda “əriməsinə” kömək edən çöküntünü deformasiya edərsə, sürtünmə itkisi baş verə bilər. SEM görüntüləri düz nikel/qızıl və ya nikel/palladium (Pd)/qızıl səthinə heç bir nüfuz göstərmədi.

Elektrik xüsusiyyətləri

Mis, dövrə meydana gəlməsi üçün seçilən metaldır, çünki hazırlanması asandır. Mis elektrik enerjisini demək olar ki, hər metaldan daha yaxşı keçirir (cədvəl 1) 1,2. Gold also has good electrical conductivity, making it a perfect choice for the outermost metal because electrons tend to flow on the surface of a conductive route (the “surface” benefit).

Table 1. Resistivity of PCB metal

Mis 1.7 (Ω sm daxil olmaqla)

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Elektrolitik olmayan nikel örtük 55 ~ 90 µ ω sm

Although the electrical characteristics of most production plates are not affected by the nickel layer, nickel can affect the electrical characteristics of high frequency signals. Mikrodalğalı PCB siqnal itkisi dizayner xüsusiyyətlərini aşa bilər. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Bir çox tətbiqdə, 2.5µm -dən az nikel çöküntüləri göstərilərək elektrik siqnalları dizayn spesifikasiyasına bərpa edilə bilər.

Əlaqə müqavimət

Kontakt müqaviməti qaynaq qabiliyyətindən fərqlənir, çünki nikel/qızıl səthi son məhsulun ömrü boyu qaynaqsız qalır. Nikel/qızıl uzun müddət ətraf mühitə məruz qaldıqdan sonra xarici təmas üçün keçirici olaraq qalmalıdır. Antler’s 1970 book expressed nickel/gold surface contact requirements in quantitative terms. Various end-use environments have been studied: 3 “65°C, a normal maximum temperature for electronic systems operating at room temperature, such as computers; 125 ° C, universal bağlayıcıların işləməsi lazım olan temperatur, tez -tez hərbi tətbiqlər üçün təyin olunur; 200 ° C, bu temperatur uçan qurğular üçün getdikcə daha çox əhəmiyyət kəsb edir. “

Aşağı temperaturda nikel bariyerləri tələb olunmur. Temperatur artdıqca nikel/qızıl transferinin qarşısını almaq üçün lazım olan nikel miqdarı artır (Cədvəl II).

Cədvəl 2. Nikel/qızılın təmas müqaviməti (1000 saat)

Nikel bariyer təbəqəsi 65 ° C -də qənaətbəxş əlaqə 125 ° C -də qənaətbəxş əlaqə 200 ° C -də qənaətbəxş əlaqə

0.0 µm 100% 40% 0%

0.5 µm 100% 90% 5%

2.0 µm 100% 100% 10%

4.0 µm 100% 100% 60%

Antlerin işində istifadə olunan nikel elektrolizlə örtülmüşdür. Baudrand 4 tərəfindən təsdiq edildiyi kimi, elektrolitik olmayan nikelin yaxşılaşması gözlənilir. Bununla birlikdə, bu nəticələr təyyarənin adətən 0.5 mikron çöküntüsü olduğu 0.2 mikron qızıl üçündür. Təyyarənin 125 ° C -də işləyən təmas elementləri üçün kifayət olduğu qənaətinə gəlmək olar, lakin daha yüksək temperatur elementləri xüsusi testlər tələb edəcək.

“Nikel nə qədər qalın olarsa, bir o qədər yaxşı bir maneə olur,” deyə Antler bildirir, “lakin PCB istehsalının reallıqları mühəndisləri yalnız lazım olduğu qədər nikel yatırmağa təşviq edir. Düz nikel/qızıl, indi toxunma yastığı əlaqə nöqtələrindən istifadə edən cib telefonlarında və peyjerlərdə istifadə olunur. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Bağlayıcı

Qeyri-elektrolitik nikel/qızıl daldırma, yaylı, presli, aşağı təzyiqli sürüşmə və digər qaynaqsız bağlayıcıları olan elektron lövhələrin istehsalında istifadə olunur.

Plug-in bağlayıcıları daha uzun fiziki dayanıqlıq tələb edir. Bu hallarda, elektrolitik olmayan nikel örtükləri PCB tətbiqləri üçün kifayət qədər güclüdür, lakin qızıl daldırma deyil. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Qızıl çıxarıldıqda, açıq nikel sürətlə oksidləşir və təmas müqavimətinin artması ilə nəticələnir.

Elektrolitik olmayan nikel örtük/qızıl batırma, məhsulun ömrü boyu çoxlu əlavələrə tab gətirən konnektorlar üçün ən yaxşı seçim olmaya bilər. Çox məqsədli bağlayıcılar üçün nikel/palladium/qızıl səthlər tövsiyə olunur.

The barrier layer

Qeyri-elektrolitik nikel lövhədə üç maneə təbəqəsi funksiyasına malikdir: 1) misin qızıla yayılmasının qarşısını almaq üçün; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Ni3Sn4 intermetalik birləşmələrdən əmələ gələn nikelin mənbəyi.

Misin nikelə yayılması

Misin nikel vasitəsilə ötürülməsi misin səth qızılına parçalanması ilə nəticələnəcək. The copper will oxidize quickly, resulting in poor weldability during assembly, which occurs in the case of nickel leakage. Nickel is needed to prevent migration and diffusion of empty plates during storage and during assembly when other areas of the plate have been welded. Buna görə maneə qatının temperatur tələbi 250 ° C -dən aşağı bir dəqiqədən azdır.

Turn və Owen6 müxtəlif bariyer təbəqələrinin mis və qızıl üzərində təsirini öyrənmişlər. Tapdılar ki, “… 400 ° C və 550 ° C-də mis keçiriciliyi dəyərlərinin müqayisəsi, 8-10% fosfor tərkibli altıbucaqlı xrom və nikelin ən təsirli maneə təbəqələri olduğunu göstərir. (cədvəl 3).

Cədvəl 3. Misin nikel vasitəsilə qızıla nüfuz etməsi

Nickel thickness 400°C 24 hours 400°C 53 hours 550°C 12 hours

0.25 µm 1 µm 12 µm 18 µm

0.50 µm 1 µm 6 µm 15 µm

1.00 µm 1 µm 1 µ M 8 µm

2.00 µm Qeyri-diffuziya, yayılmamaq

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Maraqlıdır ki, bu təcrübədə elektrolitik olmayan nikel, elektroliz edilmiş nikeldən 2-10 dəfə daha səmərəli idi. Turn və Ouen qeyd edir ki, “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Bu həddindən artıq temperatur testindən ən azı 2μm nikel qalınlığı etibarlı bir xüsusiyyətdir.

Nikelin qızıla yayılması

Elektrolitik olmayan nikelin ikinci tələbi, nikelin qızılla emprenye edilmiş “taxıllar” və ya “incə deliklər” dən keçməməsidir. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Seramik çip daşıyıcıları kimi istifadə olunan nikel və qızıl haqqında bir neçə məqalə var. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Bu səthlər üçün ümumi bir test 500 dəqiqə ərzində 15 ° C -dir.

Düz elektrolitik olmayan nikel/qızıl emprenye edilmiş səthlərin nikel oksidləşməsinin qarşısını almaq qabiliyyətini qiymətləndirmək üçün temperatur yaşı olan səthlərin qaynaq qabiliyyəti öyrənildi. Different heat/humidity and time conditions were tested. Bu tədqiqatlar göstərdi ki, nikel uzun müddət qocaldıqdan sonra yaxşı qaynaqlanmağa imkan verən qızıl yuyulmaqla kifayət qədər qorunur.

Nikelin qızıla yayılması, qızıl termal səs bağlama kimi bəzi hallarda montaj üçün məhdudlaşdırıcı bir faktor ola bilər. Bu tətbiqdə nikel/qızıl səthi nikel/paladyum/qızıl səthindən daha az inkişaf etmişdir. Iacovangelo investigated the diffusion properties of palladium as a barrier layer between nickel and gold and found that 0.5µm palladium prevents migration even at extreme temperatures. This study also demonstrated that there was no diffusion of copper through 2.5µm of nickel/palladium determined by Auger spectroscopy during 15 minutes at 500°C.

Nikel qalay nəsillərarası birləşmə

During surface mount or wave soldering operation, atoms from the PCB surface will be mixed with solder atoms, depending on the diffusion properties of the metal and the ability to form “intermetallic compounds” (Table 4).

Cədvəl 4. Qaynaq işində PCB materiallarının yayılması

Metal temperaturu ° C diffuzivliyi (µinc/ SEC.)

Qızıl 450 486 117.9 167.5

Mis 450 525 4.1 7.0

Paladyum 450 525 1.4

Nickel 700 1.7

Nikel/qızıl və qalay/qurğuşun sistemlərində qızıl dərhal boş qalaya çevrilir. The solder forms a strong attachment to the underlying nickel by forming Ni3Sn4 intermetallic compounds. Enough nickel should be deposited to ensure that the solder will not reach underneath the copper.Baderin ölçüləri göstərdi ki, maneəni qorumaq üçün altıdan çox temperatur dövrü olsa belə, 0.5µm -dən çox olmayan nikel tələb olunur. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

gözenekli

Elektrolitik olmayan nikel/qızıl, son zamanlarda ümumi bir son PCB səth örtüyünə çevrildi, buna görə sənaye prosedurları bu səth üçün uyğun olmaya bilər. Bir konnektor olaraq istifadə olunan elektrolitik nikel/qızılın gözenekliliyini yoxlamaq üçün bir azot turşusu buxar prosesi mövcuddur (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Elektrolitik olmayan nikel/emprenye bu sınaqdan keçməyəcək. Düz səthlərin nisbi gözenekliliyini təyin etmək üçün kalium ferrisyaniddən istifadə etməklə kvadrat millimetrdə məsamələr baxımından verilən (səhvlər /mm2) Avropa gözeneklilik standartı hazırlanmışdır. Yaxşı bir düz səth 10 x böyüdükdə kvadrat millimetrdə 100 -dan az çuxura malik olmalıdır.

nəticə

PCB istehsal sənayesi, xərc, dövr müddəti və material uyğunluğu səbəbiylə taxtaya yatırılan nikel miqdarını azaltmaqda maraqlıdır. Minimum nikel spesifikasiyası, qızılın səthinə mis yayılmasının qarşısını almalı, yaxşı qaynaq gücünü qorumalı və təmas müqavimətini aşağı saxlamalıdır. Maksimum nikel spesifikasiyası, boşqab istehsalında elastikliyə imkan verməlidir, çünki heç bir ciddi uğursuzluq rejimi qalın nikel çöküntüləri ilə əlaqələndirilmir.

Bugünkü elektron kart dizaynlarının əksəriyyəti üçün, 2.0µm (80μinches) olan elektrolitik olmayan bir nikel örtük tələb olunan minimum nikel qalınlığıdır. Praktikada, PCB istehsal partiyasında bir sıra nikel qalınlığı istifadə ediləcək (Şəkil 2). Nikel qalınlığındakı dəyişiklik hamam kimyəvi maddələrinin xüsusiyyətlərinin dəyişməsi və avtomatik qaldırma maşınının qalma müddətinin dəyişməsi ilə nəticələnəcəkdir. Minimum 2.0µm təmin etmək üçün son istifadəçilərin spesifikasiyaları 3.5µm, minimum 2.0µm və maksimum 8.0µm olmalıdır.

Bu göstərilən nikel qalınlığı milyonlarla elektron lövhə istehsalı üçün uyğun olduğunu sübut etdi. Bu çeşid, bugünkü elektronikanın qaynaq qabiliyyətinə, raf ömrünə və əlaqə tələblərinə cavab verir. Montaj tələbləri bir məhsuldan digərinə fərqli olduğundan, hər bir xüsusi tətbiq üçün səth örtüklərinin optimallaşdırılması tələb oluna bilər.